ブロック断面図嵌合部水平方向あそびブロック下凹部ブロック上凸部試験中ブロックボルト鉄筋の挙動あそびの合計幅

Size: px

Start display at page:

Download "ブロック断面図嵌合部水平方向あそびブロック下凹部ブロック上凸部試験中ブロックボルト鉄筋の挙動あそびの合計幅"

つかさみやまる
5 years ago
Views:

2 ブロック断面図嵌合部水平方向あそびブロック下凹部ブロック上凸部試験中ブロックボルト鉄筋の挙動あそびの合計幅

5 技術レポート木造耐力壁の強度性能試験方法と解説河村進 * 本記事は, 平成 21 年度に行われた受託研究報告書の内容について, 依頼者の了解を得て一部掲載紹介するものである. 1. 試験依頼者の ( 株 ) つみっく名称および住所島根県松江市東津田町件名木製ブロックを組積みした耐力壁の水平せん断試験 3. 試験概要 [1] 目的木製ブロックを組積みした工法について耐力壁の水平せん断試験を行い, その性能を確認し, 自社の技術資料とする. [2] 試験体 1) 試験体の構成 : 土台, 梁 ( マツ 8 120mm, 側面 7mm 合板貼り ), および木製ブロック 27 個 2) 接合方法 : 試験装置定盤 - 梁間の接合 : 1/2 インチ寸切りボルト 4 箇所土台 - 試験装置定盤 : M1 ボルト, ナットおよび角座金 3 箇所 3) 木材 : 土台 -100mm 角, スギ梁 mm, 側面 7mm 合板貼り, マツ木製ブロック- 厚さ 100 幅 200~00 高さ 450mm, 7mm 厚スギ合板で構成 4) 試験体数 : 3 体 [3] 加力方法柱脚固定式 ( 試験方法の詳細については ( 財 ) 日本住宅木材技術センター編木造軸組工法住宅の許容応力度設計 (2008 年度版 ) ( 平成 21 年月発行第 4 版 ) に準拠 ) 4. 試験結果短期基準せん断耐力 19.8kN( 詳細については以下に一部記載 ) 5. 試験日時平成 22 年 3 月 9 日 1. 試験方法の概要近年住宅の耐久性能が求められる中で, 壁構造, あるいは床構造については台風や地震を想定した水平せん断耐力に対する性能の把握が重要な課題とされている. 一方, 建築基 1) 準法施行令において, 一般的な筋かいを持つ壁面や合板釘 2) 打ち耐力壁等の壁倍率は示されているものの, 法令で例示されていない工法や材料を開発した場合は, 別途強度性能を確認する必要が出てくる. 当センターでは鉛直構面の面内せん断試験 3) に基づく水平せん断試験を行っている. 本記事では一部受託研究の結果と合わせて, その概要を紹介する. 1.1 試験装置当センターで用いている試験装置は面内せん断試験装置 ( 鷺宮製作所製 V-2153, 油圧式, 最大荷重 100kN, 最大ストローク 400mm) である. 1.2 加力方法本研究においては図 1 に示すように, 試験体上部の梁材の一端に 9 本の長ボルトを取り付け, 油圧ジャッキによる正負交番荷重を加え, 荷重値の検出には最大容量 100kN のロードセルを用いている. * 材料技術グループ 1.3 変位量の測定方法試験体各部の変位量の測定には, 図 1 に示す位置に設置した 4 個のひずみゲージ式変位計 ( 東京測器研究所製 ) を用 M12 長ボルト倒れ止めロードセル油圧ジャッキストッパ変位計 #3 DP-500E M1 ボルト変位計 #1 DP-500C 試験体側面図 1/2 インチ寸切りボルト図 1 試験体および試験方法の概略変位計 #2 CDP-100 変位計 #4 DP-500E

6 い, 本記事では変位計 #1, #2 の相対変位を変位計 #1~#2 間の距離で割った見かけのせん断変形角として示している. 1.4 加力履歴加力方法は見かけのせん断変形角 γが 1/450, 1/300, 1/200, 1/150, 1/100, 1/75, 1/50rad になるまで 3 回ずつ正負交番繰り返し加力を行った後, 最終的に正加力方向に 1/15rad に達するまで加力する. 1.5 短期基準せん断耐力の算定短期基準せん断耐力 Po は, 下記の (a)~(d) の耐力の 50% 下限値 ( 平均値に, それぞれのばらつき係数を乗じて算出した値 ) のうち, もっとも小さい値とする. (a) 降伏耐力 Py (b) 最大荷重 Pmax の 2/3 (c) Pu ( ) ここで Pu : 終局耐力, μ : 塑性率 (d) 見かけのせん断変形角 1/120rad 時の耐力 P120 なお, ばらつき係数は変動係数を CV として, ばらつき係数 =1-CV k で計算される. ここで k の値は, 試験強度の母集団が正規分布と仮定した場合の信頼水準 75% の 50% 下側許容限界であり, 試験体数 3 の場合, k の値はである. Pmax Pu 0.8Pmax Py 0.4Pmax 0.1Pmax 荷重 VI IV K I V III II DE 荷重 - 変位曲線変位または変形角 δy δv δu 図 2 完全弾塑性モデルによる降伏耐力の求め方降伏耐力 Py 等の求め方このモデルは荷重 - 変位曲線 ( または繰り返し試験で得られた荷重 - 変位曲線について, 最外郭をトレースして得られた包絡線 ) を直線近似させ, さらにねばり易さ等の値を定量的に求めるために木質構造研究の分野で広く使わるようになってきた方法である. 図 2 にその概要を示す. ここで, 第 Ⅰ 直線 : 包絡線上の 0.1P max と 0.4P max を結ぶ直線第 Ⅱ 直線 : 包絡線上の 0.4P max と 0.9P max を結ぶ直線第 Ⅲ 直線 : 第 Ⅱ 直線に平行, かつ包絡線に接する直線降伏耐力 Py: 第 Ⅰ 直線と第 Ⅲ 直線との交点の荷重第 Ⅳ 直線 :Py を通り, X 軸と平行な直線降伏変位 δ y : 第 Ⅳ 直線と包絡線の交点の変位第 Ⅴ 直線 :(δ y, Py) と原点を結ぶ直線初期剛性 K: 第 Ⅴ 直線の傾き終局変位 δu: 最大荷重後 0.8 P max または 1/15rad. 時変位破壊エネルギー DE: 包絡線, X 軸, およびδu で囲まれる面積第 Ⅵ 直線 :DE と面積が等しくなるよう, 第 Ⅴ 直線, X=δ u, および X 軸で台形近似させたときの直線終局耐力 Pu, 降伏点変位 δv: 第 Ⅴ 直線と第 Ⅵ 直線の交点塑性率 μ:δu/δv で算出構造特性係数 Ds:1/ 2 1で算出 1. 壁倍率の算定壁倍率は, 下式により算定する. 壁倍率 =Pa (1/1.9) (1/L) ここで, Pa: 短期許容せん断耐力 (kn)[=po α] α: 考えられる耐力低下の要因を評価する係数 L: 壁長さ (m) この試験体では 2 となる. 係数 αは, 実験データに安全率をかけることで, 実際の使用状況での耐力を予測するためのものである. 壁倍率の性能評価機関においては, 得られた実験データだけでなく, 別途提出された部材製造手順書, 施工管理書類など実際の品質管理や施工管理状況, さらに既往の実験データ等も勘案した上で Pa を決定している. 当センターは壁倍率の性能評価機関ではなく, これらの資料を持ちあわせていないので表 1 試験結果 ( 図, 写真は 1 試験体のみ掲載 ) No.1 No.2 No.3 短期基準せん断耐力の算定荷重 (kn) 変形角 (rad.) 荷重 (kn) 変形角 (rad.) 荷重 (kn) 変形角 (rad.) 平均値標準偏差 50% 下限値 PMax Pu,Dv (a)py, δy (b)2/3pmax (c)pu ( ) (d)p K DE μ Ds Po および決定要因 19.8 (c)pu ( ) 壁倍率 (α=1 として計算 ) 5.0

Pa を決定することはできないが, 依頼者の便宜を図ってα =1 として計算した壁倍率の値を示している. 試験体 No.1, 荷重 38.4kN 時 (Pmax 付近 ) 50 45 Pmax 40 35 荷重 (kn) 30 25 20 2/3Pmax Py 1/120rad. Pu (0.

1kN 時 (Pmax 直後 ) 0 10 20 30 40 50 0 70 重心の移動距離 (mm) 図 5 画像相関法を用いて解析した各ブロックの重心の移動状況 ( 矢印の長さは実際の移動距離の 5.5 倍に拡大 ) 試験体 No.1 の最大荷重付近でのブロックの重心移動を解析した結果を図 5 に示す.

先にも述べたように当センターは壁倍率の性能評価機関ではないので最終的な設計に必要な壁倍率を示すことはできないが, 壁倍率取得の事前試験の場として活用していただきたい. 文献図 4 試験体の破壊状況試験体下部より 2 段目右側ブロックで合板のせん断破壊, また, 1 段目左端ブロックでは脚部の浮き上がりが発生なお, 赤い線は試験開始前に記入した寸切ボルトの位置を示す. 2. コメント筆者らはこれまで耐力壁のせん断ひずみ分布を画像相関法を用いて測定してきたが 4), 今回の試験体についても同様の方法を用いて解析を試みた.

7 Pa を決定することはできないが, 依頼者の便宜を図ってα =1 として計算した壁倍率の値を示している. 試験体 No.1, 荷重 38.4kN 時 (Pmax 付近 ) Pmax 荷重 (kn) /3Pmax Py 1/120rad. Pu (0.2 (2μ-1)) /200 1/ /450 1/150 1/75 1/50 1/15 1/ 見かけのせん断変形角 γ(rad.) 図 3 荷重 -せん断変形角の包絡線( 試験体 No.2) 試験体 No.3, 荷重 41.1kN 時 (Pmax 直後 ) 重心の移動距離 (mm) 図 5 画像相関法を用いて解析した各ブロックの重心の移動状況 ( 矢印の長さは実際の移動距離の 5.5 倍に拡大 ) 試験体 No.1 の最大荷重付近でのブロックの重心移動を解析した結果を図 5 に示す. 試験体を構成するブロック毎に移動量が異なり, 上段ブロックほど大きなずれが発生している様子が観察される. 当センターでは平成 10 年度に面内せん断試験装置を導入し, 近年になって建築や建材業界からの案件が増加してきた. 文献 3) に基づく制御測定を行うために, 今回のケースをはじめとした面内せん断試験は当センターで作成した制御測定プログラムで対応している. 先にも述べたように当センターは壁倍率の性能評価機関ではないので最終的な設計に必要な壁倍率を示すことはできないが, 壁倍率取得の事前試験の場として活用していただきたい. 文献図 4 試験体の破壊状況試験体下部より 2 段目右側ブロックで合板のせん断破壊, また, 1 段目左端ブロックでは脚部の浮き上がりが発生なお, 赤い線は試験開始前に記入した寸切ボルトの位置を示す. 2. コメント筆者らはこれまで耐力壁のせん断ひずみ分布を画像相関法を用いて測定してきたが 4), 今回の試験体についても同様の方法を用いて解析を試みた. 1) 建築基準法施行令第 4 条第 4 項表 1 : 構造耐力上必要な軸組等. 2) 昭和 5 年建設省告示第 1100 号 : 令第四六条第 4 項表一 ( 一 ) 項から ( 七 ) 項までに掲げる軸組と同等以上の耐力を有する軸組及び当該軸組に係る倍率の数値を定める件. 3) ( 財 ) 日本住宅木材技術センター編, 木造軸組工法住宅の許容応力度設計 (2008 年版 ), 東京, ( 財 ) 日本住宅木材技術センター, 2009, ) 河村進, 大畑敬, 村田功二, 斜行型合板を用いた耐力壁の面内せん断性能, 材料, 58, 4, (2009).

14 凸凹 h =20mm 改良型壁倍率強度試験 Ⅰ 3 回つみっく壁面つみっく合計 120ピース耐力壁面積 5.4 m 梁 :8 120( マツ ) 側面 : 7mm 合板ボルト 1/2インチボルト M1 ストッハーパーツ R45-2P R45-4P R45-5P R45-P パーツ梁 L=2400 土台 L=2400 数 9 数ブロック緊結ボルトユニクロボルト 1/2インチ (4 分寸切り ) L 本 L910 4 本ユニクロナット 8 個高ナット50mm 4 個角座金 t 枚土台 : ( スギ )

23 土台 : ( スギ ) ボルト M1 ストッハーボルト 1/2 インチ開口部 h=1800,w= m2 耐力壁面積マグサ L=2200mm 4 梁 L=1400 梁 L=1000 土台 L=1700 マグサユニクロナット 1 個高ナット 50mm 4 個角座金 t 枚 L 本 L 本 L 本 L95 2 本ユニクロボルト 1/2 インチ (4 分寸切り ) L 本ブロック緊結ボルト R45-4P R45-5P R45-P パーツ数梁 : 8 120( マツ ) 側面 : 7mm 合板壁倍率強度試験 Ⅱ 3 回つみっく壁面 ( 開口 / 掃き出し ) つみっく合計 8 ピース凸凹 h=20mm 改良型

32 凸凹 h = 20mm 改良型壁倍率強度試験 Ⅲ 3 回つみっく壁面 ( 開口 / 窓 ) 耐力壁面積.48 m2 ボルト 1/2 インチボルト M マグサ L=2200mm 開口部 h=820,w= 開口部天場 L= 梁 : 8 120( マツ ) 側面 : 7mm 合板ストッハーつみっく合計ピースパーツ数 R45-3P 2 R45-4P R45-5P 4 2 R45-P 15 梁 L=1400 梁 L= 土台 L= マクサ L=2200 天場 L= ブロック緊結ボルトユニクロボルト 1/2インチ (4 分寸切り ) L 本 L 本 L 本 L910 4 本ユニクロナット 12 個高ナット50mm 4 個角座金 t 枚

41 2400 凸凹 h=20mm 改良型壁倍率強度試験 Ⅳ 3 回つみっく壁面梁 :8 120( マツ ) 側面 : 7mm 合板 120 座金位置変更 5 2 耐力壁面積 5.4 m 座金サイズ 80mm 角 t9mm ボルト 1/2インチボルト M1 ストッハー座金位置変更 150 土台 : ( スギ ) 試験装置ベース下へ

木造の耐力壁及びその倊率　試験業務方法書

木造の耐力壁及びその倊率　試験業務方法書一般財団法人ベターリビング平成 12 年 6 月 1 日制定平成 13 年 6 月 12 日改定平成 20 年 8 月 19 日改定平成 22 年 7 月 5 日改定平成 23 年 12 月 1 日改定木造の耐力壁及びその倍率性能試験評価業務方法書第 1 条適用範囲本業務方法書は建築基準法施行令第 46 条第 4 項表 1( 八 ) の規定に基づく認定に係る性能評価に該当するものを対象とする

ブロック断面図 嵌合部水平方向あそび ブロック下凹部 ブロック上凸部 試験中ブロック ボルト鉄筋の挙動 あそびの合計幅

ブロック断面図嵌合部水平方向あそびブロック下凹部ブロック上凸部試験中ブロックボルト鉄筋の挙動あそびの合計幅